Припои — Основные сведения — Лудим, паяем — Каталог статей — Лудим, паяем

Припои и флюсы

Основные требования, предъявляемые к припоям

К припоям предъявляются конструктивные и технологические требования.

К конструктивным относятся:

достаточная механическая прочность при нормальных, высоких и низких температурах;

хорошие электро- и теплопроводность;

герметичность;

стойкость против коррозии.

К технологическим относятся:

жидкотекучесть при температуре пайки;

хорошее смачивание основного металла;

определенные для данного припоя температура плавления и температурный интервал кристаллизации.

Припои, имеющие температуру плавления до 350 °С, называются мягкими, а припои, имеющие температуру плавления свыше 350 °С, — твердыми.

В качестве мягких припоев применяют различные сплавы на основе свинца и олова, содержание которых определяет свойства припоев. Некоторые мягкие припои содержат присадки сурьмы, серебра, висмута и кадмия, придающие припою специальные свойства. Серебро и сурьма повышают температуры плавления и затвердевания, а висмут и кадмий понижают их. Серебро препятствует снижению прочности припоя, но делает его хрупким и ухудшает растекание его на меди. При пайке цинка или цинковых сплавов сурьма, входящая в состав припоя (до 2,5%), способствует образованию хрупких сурьмяно-цинковых соединений, поэтому в таких случаях содержание сурьмы в припое не должно превышать 0,25%.

При сборке радиоаппаратуры применяют следующие мягкие припои:

оловянно-свинцовые;

малооловянистые;

безоловянистые, легкоплавкие;

трубчатые.

Оловянно-свинцовые припои (ПОС) представляют собой сплавы олова и свинца с присадкой 0,15…2,5% сурьмы. Механическая прочность припоев повышается с увеличением содержания олова. Прочность паяного соединения не всегда соответствует прочности применяемого припоя, так как при малых зазорах шов заполняется не припоем, а сплавом припоя с основным металлом, который, естественно, обладает иными механическими свойствами. При нормальной температуре механическая прочность паяных соединений, выполненных встык, выше, чем паяных соединений, выполненных внахлест.

Механические свойства оловянно-свинцовыхприпоев с повышением или понижением температуры ухудшаются. При низких температурах (от -30 до -60 °С) наблюдается резкое уменьшение ударной вязкости этих припоев, особенно при большом содержании олова. В указанном интервале температур в олове происходят различные превращения, приводящие к увеличению хрупкости. При повышении температуры до 100 °С уменьшение ударной вязкости происходит медленно, а после 100 °С — быстро.

Электропроводность оловянно-свинцовых припоев зависит от содержания олова и составляет 8… 14% от электропроводности чистой меди. Электропроводность таких припоев обратно пропорциональна содержанию олова.

Коррозионная стойкость припоев в различных агрессивных средах зависит от содержания олова. С увеличением его содержания коррозионная стойкость в кислотах повышается, а в щелочах — понижается.

Герметичность паяных соединений зависит от температурного интервала кристаллизации, который в свою очередь зависит от состава припоя. Припои с широким интервалом температуры кристаллизации способствуют получению пористых, негерметичных соединений, что связано с медленным затвердеванием припоя. Применение припоя с небольшим температурным интервалом кристаллизации (например, около 7 °С у ПОС-61) приводит к уменьшению продолжительности пайки, а применение припоя, у которого точки плавления и затвердевания совпадают, затрудняет получение гладких швов.

В табл. 1.1 приводятся области применения оловянно-свинцовых припоев.

Таблица 1.1

Области применения оловянно-свинцовых припоев

Припой	Температура, °С		Область применения
Припой	плавления	пайки	Область применения
ПОС-18	277	340	Для пайки стали, оцинкованного железа, меди, латуни, свинца, а также для лужения перед пайкой
ПОС-30	256	320	Для пайки стали, меди, латуни, белой жести, медных проводов, деталей приборов и радиоаппаратуры, а также для предварительной пайки соединений перед повторной пайкой более легкоплавким припоем
ПОС-40	235	290	Для пайки ответственных деталей из стали, латуни, а также для пайки монтажных соединений проводов с лепестками
ПОС-50	218	250	То же
ПОС-61	190	240	Для пайки деталей из стали, меди, латуни, бронзы, не допускающих высокого нагрева. Для пайки монтажных и обмоточных проводов диаметром 0,05…0,08 мм, резисторов, конденсаторов, монтажных проводов с хлорвиниловой изоляцией. Для вторичных ступенчатых паек, производимых рядом с пайками, выполненными тугоплавкими припоями. Для пайки герметичных швов (например, изоляторов), а также для пайки специального назначения, когда требуется обеспечение повышенных электропроводности и механической прочности
ПОС-90	222	280	Для пайки деталей и узлов, подвергающихся в дальнейшем гальваническому покрытию (серебрению, золочению)

Для пайки монтажных соединений в электро- и радиоприборах наиболее широко применяются припои ПОС-30 и ПОС-40. Для пайки тонких монтажных и обмоточных проводов, деталей и узлов, не допускающих нагрева свыше 200 °С, вакуумной пайки стеклянных и керамических проходных изоляторов, а также для ступенчатой пайки близко расположенных деталей используется припой ПОС-61. Он обладает более низкой температурой плавления, небольшим температурным интервалом кристаллизации и более высокой коррозионной стойкостью.

Малооловянистые и безоловянистые припои применяют с целью уменьшения расхода олова. Малооловянистые припои, содержащие свинец, олово и сурьму, лишь немногим уступают высоко-оловянистым припоям по прочности, но являются более хрупкими. Безоловянистые припои очень вязкие, но имеют более высокую температуру плавления, что усложняет процесс пайки.

Основным недостатком малооловянистых и безоловянистых припоев является широкий температурный интервал кристаллизации, достигающий иногда 100 °С и резко увеличивающий время, необходимое для охлаждения соединения, в течение которого спаиваемые детали должны быть неподвижны.

Вместо припоев, содержащих 40…50% олова и применяемых для пайки монтажных соединений, рекомендуется использовать припой с присадкой серебра следующего состава, %:

Олово…………………………………………………………….. 19,5… 20,5

Серебро…………………………………………………………. 1,35… 2,5

Сурьма………………………………………………………….. 1,25… 1,75

Висмут………………………………………………………….. не более 0,75

Свинец…………………………………………………………… остальное

Этот припой обладает большей прочностью при растяжении по сравнению с припоями, содержащими 40… 50 % олова, но имеет более высокую (на 30…35 °С) температуру плавления, что требует увеличения мощности паяльников почти вдвое. Он позволяет производить пайку нелуженой и луженой меди с использованием канифолевого флюса, а остальных деталей — кислотных флюсов. Этот припой может применяться для выполнения большинства монтажных соединений, однако он не пригоден для пайки кожухов конденсаторов, трансформаторов и других герметичных деталей, так как способствует образованию пористости шва. Следует отметить, что уменьшение содержания олова в припоях не всегда экономически целесообразно, так как в ряде случаев это приводит к усложнению пайки и повышению расхода припоев.

Легкоплавкие припои (сплавы олова, свинца, висмута и кадмия) применяются в тех случаях, когда пайка выполняется при пониженной температуре из-за опасности перегрева деталей, а также при ступенчатой (вторичной) пайке. При затвердевании эти припои дают незначительную усадку, а некоторые (например, сплав Вуда) даже несколько расширяются. Механическая прочность легкоплавких припоев незначительна (например, висмутовые припои очень хрупкие). Предварительное лужение оловянно-свинцовым или висмутовым легкоплавким припоем способствует некоторому повышению прочности соединения.

Состав и температура плавления легкоплавких припоев приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Состав и температура плавления легкоплавких припоев

Припой	Химический состав, %				Температура плавления, °С
Припой	Sn	Pb	Bi	Cd	Температура плавления, °С
ПОСК-50	50	32	—	18	145
ПОСВ-33	33,4	33,3	33,3	—	130
ПОК-56	56	—	—	44	184
Сплав Розе	25	25	50	—	94
Сплав Арсе	9,6	45,1	45,3	—	79
Сплав Липовица	13,33	26,67	50	10	70
Сплав Вуда	12,5	25	50	12,5	60,5

Трубчатые припои. Для пайки соединений при монтаже радиоаппаратуры широко применяется так называемый трубчатый припой, представляющий собой пустотелую трубку небольшого диаметра, изготовленную из оловянно-свинцового сплава и заполненную канифолевым флюсом.

Основными преимуществами трубчатых припоев являются:

возможность наложения припоя и флюса на место пайки за один прием;

улучшение качества пайки;

резкое увеличение производительности труда на монтажных операциях, а также облегчение пайки в труднодоступных местах;

существенное уменьшение потерь припоя и флюса, которые при работе кусковым или проволочным припоем и отдельно флюсом весьма значительны (около 20 % припоя и 50 % флюса);

обеспечение подачи к месту пайки надлежащего количества флюса, дозировка которого определяется конструкцией и типом припоя;

возможность плавления припоя в момент, когда флюс уже подогрет и находится в более активном состоянии;

исключение возможности случайного загрязнения флюса.

Припои - Основные сведения - Лудим, паяем - Каталог статей - Лудим, паяем Простейшая конструкция трубчатого припоя представляет собой трубку с круглой сердцевиной из флюса, расположенной в центре (рис. 1.1, а). Недостатками такой конструкции являются перерывы в подаче флюса при наличии пустот в припое, а также преждевременное вытекание ;и испарение флюса во время расплавления довольно толстых стенок трубки, что приводит к уменьшению подачи флюса к месту пайки и, следовательно, к понижению ее качества.

Вероятность перерывов в подаче флюса уменьшается при более сложной форме сердцевины. На рис. 1.1, б показаны трубчатые припои с фасонными сердцевинами, а на рис. 1.1, в — с пятью каналами, заполненными флюсом. Эти припои имеют более тонкие стенки, в результате чего обеспечивается быстрое плавление припоя и, следовательно, быстрое освобождение флюса и подача его к месту пайки в наиболее активном состоянии.

Большое значение имеет дозировка флюса (независимо от формы сердцевины). При изготовлении трубчатого припоя соотношение количества флюса и припоя тщательно контролируется. Для электромонтажных паек применяют трубчатые припои, в которых сердцевина из флюса составляет 2… 3 % общей массы припоя. Правильно спроектированный трубчатый припой и тщательная подготовка деталей к пайке являются надежной гарантией высокого качества пайки монтажных соединений.

Диаметр трубчатого припоя определяется характером соединений. Применение меньших диаметров во многих случаях способствует экономии припоя. Размеры наружных диаметров трубчатых припоев составляют: 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5 мм, а внутренних соответственно вдвое меньше. По наружному диаметру допускается отклонение ±3 %.

Для успешного осуществления пайки и получения качественного соединения применяются активные вещества — флюсы. По своему состоянию флюсы могут быть твердыми (канифоль чистая), мягкими (различные пасты на основе канифоли) и жидкими (составы кислот или спиртовые флюсы на основе разведенной канифоли).

Флюсы должны обеспечивать своевременное и полное растворение оксидов основного металла, равномерное покрытие поверхности металла у места пайки и предохранение его от окисления в продолжение всего процесса пайки.

При электромонтажной пайке РЭА в основном применяют флюс ФКСп (30…40%-й раствор канифоли в этиловом спирте).

Виды припоев пос

Для начала вспомним, какие бывают припои из сплавов оловянно-свинцовой группы. Самые популярные — это бессурьмянистые припои ПОС-10, ПОС-40, ПОС-61 и ПОС-90. Припой ПОС с содержанием сурьмы называется ПОССУ. Сурьма в составе припоя добавляет ему несколько процентов по прочности.

Когда мы говорим про плавление смеси олова и свинца, нужно помнить про определения солидуса и ликвидуса. При нагревании любой смеси двух и более металлов происходит сначала расплавление (преобразование из твердой в жидкую фазу) самых легкоплавных частиц. Эта температурная отметка называется солидусом сплава.

При дальнейшем росте температуры начинают плавиться более тугоплавкие компоненты. Как только они расплавятся, наступает точка ликвидуса. Теперь припой ПОС полностью расплавлен. Подробнее этот процесс поясняет картинка, выдранная из презентации на тему сплавов.

Между этими двумя точками находится состояние повышенной пластичности припоя. В этом состоянии припой можно тянуть и деформировать без потери целостности.

Существуют эвтектические сплавы — припои, у которых точка солидуса и ликвидуса совпадает. Это очень удобно при пайке и говорит о высоком качестве припоя.

Винтажный припой

Что такое винтажный припой хорошо знают любители Hi-End электроники. Чаще всего, это припой для пайки аудиотехники, произведенный в 30 — 50-хх годах прошлого века. Такие припои имеют высокую чистоту компонентов, что положительно сказывается на звуке наивысшего качества.

Одним из самых крутых для меломанов является американский припой фирмы Kester бородатых годов. Его продают по 10 баксов за метр. И с каждым годом его становится все меньше. По химическому составу близок к ПОС-90, но не совсем. Припой марки Kester содержит 85,9 % олова, 8,5 % свинца, 3,28 % серебра, 0,34 % меди, 0,79 % натрия, 0,55 % магния и 0,27 % ртути. Вот уж гремучая смесь.

Те, кто не может достать винтажный припой, выкупают старую электронику послевоенного периода и сплавляют припой оттуда. Так получается очень приличный полуфабрикат.

Существуют также сплав, в которых припой для пайки содержит 50 % олова и 50 % свинца. Он так и называется Sn50Pb50.

Надеюсь, что теперь ты понимаешь больше в теории припоев. Например, чем отличается и в чем разница между припоями ПОС 60 и ПОС 61. Сможешь расшифровать состав припоя ПОС 18 и прикинуть его достоинства и недостатки. Легко ранжируешь припои марки ПОС по токсичности, зная их химические составы.

Хороший видеоролик с обзором и отечественных припоев, в том числе .

Материал собрал и подготовил Мастер Пайки. А какой твой любимый припой из оловянно-свинцовой группы?

Как удалить оксидную пленку

Пленку с поверхности металла удаляют несколькими способами, наиболее эффективными являются химический и механический. Оба метода для работы требуют безвоздушной среды, в которой нет кислорода.

Химический метод основан на осаждении на поверхности заготовки цинка или меди путем электролиза. На место, подготовленное к пайке, наносят медный купорос в виде концентрированного раствора. К чистому участку металла прикрепляют минусовую клемму аккумулятора или другого источника питания.

Один конец медной проволоки подключают к плюсовой клемме, другой опускают в раствор на поверхности алюминия. В результате электролиза медь или цинк тонким слоем оседает на алюминии и крепко к нему прилипает. Теперь можно производить пайку алюминия оловом.

Для удаления оксида используют масляную пленку. Для этого способа лучше брать масло синтетическое или трансформаторное с малым содержанием воды. Другие виды масел нужно подержать при температуре 150… 200°С, вода испарится. При более высокой температуре содержимое начнет разбрызгиваться.

Наждачную шкурку заменяют скальпелем, зазубренным жалом паяльника или железной стружкой, полученной из натертого напильником гвоздя. Стружку насыпают на масло и жалом паяльника трут по поверхности, сдирая оксидный слой. Массивную деталь желательно подогреть горячей воздушной струей.

Для пайки алюминиевых проводов созданы флюсы на основе ацетилсалициловой или ортофосфорной кислоты, солей борной или натриевой кислоты. Канифоль применяется редко, она малоэффективна в случае с алюминием. Флюсы применяются при пайке проводов, кастрюль и других вещей.

Материалы с оловом

Припои - Основные сведения - Лудим, паяем - Каталог статей - Лудим, паяем Существует множество металлических композиций для пайки алюминиевых изделий.

В составе большинства легкоплавких припоев преобладают медь, олово, свинец; присутствуют кадмий, висмут, индий.

Однако алюминий в этих металлах не очень хорошо растворяется, что обуславливает пониженную прочность образующихся при пайке швов.

Дополнительную сложность создает низкая устойчивость к коррозии припоев из олова, свинца. В случае проведения работы с этими составами спаянное соединение из алюминия покрывают лакокрасочными защитными средствами.

Хороший результат дает пайка посредством припоев со следующими металлами:

медью;
цинком;
алюминием;
серебром;
кремнием.

Существует множество композиций, содержащих эти металлы в различном соотношении. Отечественных мастеров в первую очередь интересует российская продукция (прутки и проволока), имеющая хорошее качество и доступную стоимость.

Популярен припой, состоящий из 60 % олова и 40 % цинка. Известно, что повышенное подержание цинка придает шву коррозионную стойкость.

Порошковый флюс

Алюминий паяют газовой горелкой с применением порошковых флюсов. Не рекомендуется к пламени добавлять кислород, он снижает эффективность работы флюса. Наиболее распространенные флюсы:

Ф-34А;
бура;
ацетилсалициловая кислота;
паяльный жир.

Ф-34А — активный флюс, имеющий в составе 50% хлорида калия, 32% хлорида лития, 10% фторида натрия и 8% хлорида цинка. Состав применяется с припоями, содержащими химические добавки. Он обладает гигроскопичностью и растворяется в воде.

Бура — порошок, плавящийся при 700°С, обладает растворимостью в воде, смывается водным раствором лимонной кислоты. Отличается низкой стоимостью.

Ацетилсалициловая кислота встречается в виде таблеток аспирина. При нагреве паяльником выделяются вредные для здоровья человека пары, обжигающие нос, глаза и органы дыхания.

Паяльный жир состоит из парафина, хлорида аммония и цинка, деионизированной воды. Хорошо паяет предварительно прогретые места, прошедшие процедуру лужения. После спаивания алюминиевых деталей рекомендуется остатки флюса смывать, иначе он вызывает коррозию металла.

Припой для пайки алюминия

Припой для пайки алюминия делается на основе цинка или алюминия. В него вносятся добавки для достижения различных характеристик: для понижения температуры плавления, увеличения прочности. Производят их в Америке, Германии, Франции, России. Рассмотрим некоторые из них.

Распространенный и широко разрекламированный припой для алюминия — HTS 2000. Его производит компания из США. Практика свидетельствует о его непрочности: спаянные детали пропускают воздух и влагу. Без флюса его применять невозможно.

Castolin 192FBK на основе цинка (97%) и алюминия (2%) производится во Франции. Компания Castolin выпускает припои 1827 и AluFlam-190, предназначенные для пайки меди и алюминия при 280°С.

Castolin 192FBK — трубчатый припой, содержащий в сердечнике флюс. Выпускается в виде прутков, 100 г которых стоит 100-150 руб. Хорошо паяет мелкие отверстия и трещинки.

Chemet Aluminium 13 — припой, используемый при сварке деталей при 640°С и выше. В его основе лежит алюминий (87%) и кремний (13%). Температура плавления припоя — около 600°С. Выпускается в виде прутков, которых на 100 г приходится 25 шт. 100 г стоят 500 руб.

Алюминиевый припой производится и на отечественных предприятиях. Для пайки с помощью газовой горелки применяется состав марки 34А. Он плавится при температуре 525°С, хорошо паяет сплавы АМц, АМ3М, АМг2. 100 г стоят 700 руб.

Марка А состоит из 60% цинка, 36% олова и 2% меди. Плавится при 425°С. Выпускается прутьями весом 145 г. Стоимость одного прута — 400 руб.

SUPER A производится в Новосибирске и является аналогом HTS-2000. Применяется вместе с флюсом марки SUPER FA. Стоит 800 руб. за 100 г. В расплавленном состоянии становится тягучим, приходится применять стальные инструменты для его разравнивания.

Самые используемые марки

Наиболее популярными видами являются припои ПОС, в их основе свинец и олово, маркирующиеся ПОС-40, 60, 80 и т.д., здесь числовое обозначение указывает на процентное содержание олова. Выпускаются, как правило, в форме паяльной проволоки, в зависимости от процентного соотношения основных компонентов могут относиться как к легкоплавким, так и к тугоплавким маркам.

Применяются для пайки меди, алюминия, латуни, бронз и других металлов:

ПОС-90 – хорошо подходит для пищевой индустрии;
ПОС-40 – используют для труб и деталей из латуни, железа и т.д.;
ПОС-30 – в кабельных соединениях;
ПОС-61 – для работы с радиодеталями.

Из серебросодержащих марок часто встречаются припои ПСр- 15, 25,45, 65, 70, число после буквенного обозначения указывает на процент серебра. Этот тип охватывает как пайку меди в высокоточных приборах, так и медицинскую сферу.

Сплав Розе также называемый ПОСВ-50, один из припоев с самой низкой температурой плавления – от 90 до 100°С. Применяется в ювелирном деле, в пайке печатных плат, для плавких вставок и т.д.

Состав припоя пос-61

Химический состав припоя ПОС-61 следующий:

Олово 59 — 61 %;
Сурьма — не более 0,1 %;
Медь — не более 0,05 %;
Висмут — не более 0,02 %;
Мышьяк — не более 0,02 %;
Железо — не более 0,02 %;
Никель — не более 0,02 %;
Сера — не более 0,02 %;
Цинк — не более 0,002 %;
Алюминий — не более 0,002 %;
Свинец — все остальное — около 38,7 — 40,7 %.

Температура пайки припоя ПОС-61 составляет 220 градусов Цельсия. Солидус равен 183 градуса. Я даже снял видеоролик о плавлении этого припоя в замедленной съемке на свой Olympus Tough TG-860 с частотой 240 кадров в секунду.

Припой ПОС 61 ГОСТ 21931-76 имеет следующие технические характеристики: